粤教版(2019)必修三 3.1 导体的伏安特性曲线
一、单选题
1.每分钟有个自由电子通过导线的横截面,导线的横截面积为,电子电荷量为,则该导线中的电流大小是( )
A. B. C. D.
2.关于电流的方向,下列说法中正确的是
A.在外电路中,电流的方向是从高电势一端流向低电势端
B.在电源内部,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
C.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同
D.给电容器充电时,电流从正极板流出,流入负极板
3.现今生活,人们出行时会随身携带多种电子设备,而移动电源能够满足人们随时随地充电的需求,深受人们的喜爱。下列关于电源的说法正确的是( )
A.电源的作用是使正极聚集负电荷,负极聚集正电荷,以持续对外供电
B.在电源外部,电流是从电源的负极流向正极
C.有电源,电路中一定有持续的电流
D.电源是将其他形式的能转化为电能的装置
4.某兴趣小组调查一条河流的水质情况,通过计算结果表明,被污染的河里一分钟内有相当于的正离子和的负离子向下游流去,则取样时这条河流的等效电流大小和方向分别是( )
A.顺流而下 B.顺流而下
C.逆流而上 D.逆流而上
5.满足下面哪一个条件,就能产生持续电流( )
A.有自由电子 B.导体两端有电压
C.任何物体两端有电 D.导体两端有恒定电压
6.关于电流,下列说法正确的是( )
A.金属导体中自由电子定向移动速率增大时,电流变大
B.电流既有大小又有方向,所以是矢量
C.通过导体横截面积的电荷量越多,导体中电流就越大
D.电流的方向就是正电荷定向移动的方向
7.如图所示,图线Ⅰ和图线Ⅱ所表示的电阻值分别是( )
A.4Ω和2Ω
B.4kΩ和2kΩ
C.0.25Ω和0.5Ω
D.2.5×10-4Ω和5.0×10-4Ω
8.中科院大连化物所开发出了一种基于“微电极-电解质一体化薄膜”新概念的无基底、无固定形状的微型超级电容器。该器件具有超薄器件厚度(37μm)、超柔性、高面积容量(40.8mF/cm2)和高度集成度。将它的面积容量40.8mF/cm2用国际单位制中的基本单位表示,正确的是( )
A. B.
C. D.
9.如图所示是某导体的伏安特性曲线,由图可知,下列说法不正确的是( )
A.导体的电阻是
B.导体的电阻是
C.当导体两端的电压是10V时,通过导体的电流是
D.当通过导体的电流是时,导体两端的电压是
10.如图所示,是某实验仪器结构图。下列相关说法正确的是( )
A.此仪器可以测量干电池的电动势
B.金属箔张开过程,电场力一定做负功
C.此仪器用来检测物体是否带电
D.两片金属箔张开时,金属箔可能带异种电荷
11.下列说法中正确的是( )
A.导体中电荷运动就形成了电流
B.电流有方向,它是一个矢量
C.在国际单位制中,电流的单位是安培(A)
D.任何物体,只要其两端电势差不为零,就有电流存在
12.如图所示电路,电压保持不变,当开关S断开时,电流表的示数为0.6A,当S闭合时,电流表的示数为0.9A,则两电阻阻值之比R1:R2为( )
A.1:2 B.2:1 C.2:3 D.3:2
13.如图为某型号的干电池,在其外壳上标注有“9伏”的字样,这表示( )
A.正电荷通过该电池的过程中,有的化学能转化为电能
B.该电池在单位时间内有的化学能转化为电能
C.电池短路时,该电池输出的电流为
D.将该电池接入电路后,电池两端的电压始终为
14.匀强电场中有一与电场垂直的平面,面积为S,该电场的电场强度随时间的变化率为,静电力常量为k,则对应物理量的单位是( )
A.欧姆 B.伏特 C.瓦特 D.安培
15.一根横截面积为S的铜导线,通过电流为I。已经知道铜的密度为ρ,铜的摩尔质量为M,电子电荷量为e,阿佛加德罗常数为NA,设每个铜原子只提供一个自由电子,则铜导线中自由电子定向移动速率为( )
A. B. C. D.
二、填空题
16.常用干电池不论型号大小,电动势约为___________V,铅蓄电池电动势约为___________V。
17.电流的方向:规定为______定向移动的方向,与负电荷定向移动的方向______。
18.电场力做功的特点是:______,因此可以引入电势能。______是反映电源将其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。
19.定义:导体两端______与通过导体的______之比。
公式:R=。
三、解答题
20.如图所示电路中,电路输入电压U恒定为9V,电流表内阻可忽略不计,滑动变阻器的最大阻值R1=20Ω,定值电阻R=10Ω,当滑片P从变阻器的D端缓慢移动到C端的过程中,求电流表示数变化的范围。
21.电路中,每分钟有4.8×10-3 C的电荷流过导线的某一横截面,已知一个电子的带电量为e=1.6×10-19 C,求∶
(1)每分钟内流过该导线这一横截面的电子数目;
(2)流过该导线的电流。
22.央视《加油向未来》节目组曾经做过一个实验,如图1所示,高为h的分别是由铜、铝和不锈钢做成的三个竖直轨道A、B、C垂直立在水平地面上,轨道的形状、横截面积都相同,所用金属的相关参数如下表。节目组让3个相同的内部都固定了相同强磁体的木制小车分别从A、B、C三个轨道上端同时由静止释放,小车运动时不与轨道发生摩擦,空气阻力忽略不计。3个相同的小车及固定磁铁的总质量均为m。
(1)请在如图2的坐标系中画出小车由静止释放沿A轨道运动直到落地的v—t图像;
(2)请根据题目信息判断沿哪个轨道运动的小车最先到达地面,并定性说明理由;
(3)假如A轨道的小车最后稳定下落的速度为v0,求该小车达到稳定速度后铜轨道的热功率P0;
(4)轨道之所以发热是因为金属有电阻。经典物理学认为:金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后剩余的那部分)的碰撞。在外加电场下自由电子做定向移动的过程中要不断与金属离子发生碰撞,将其动能全都交给金属离子,然后在电场的作用下重新开始加速运动一段距离后,再与金属离子发生碰撞。经加速运动电子在两次碰撞之间走的平均距离叫自由程,用L表示。某金属单位体积内自由电子数为n,电子的质量为m,电子的电荷量为e。电子在该金属一个自由程的运动时间为t。
a.假设电子每段自由程中都沿电流方向做匀加速直线运动,求该金属的电阻率;
b.如果在考虑大量电子的统计效果时,不考虑每个电子断断续续地碰撞,而着眼于实际运动的平均结果,可等效为电子在金属中匀速直线运动,而金属给电子以持续的摩擦阻力,该摩擦阻力的大小与电子平均速度成正比,求其摩擦因数为k。
金属 温度(°C) 密度() 电阻率() 硬度(金刚石硬度为10)
铜 20 8.9 1.7 2.8
铝 20 2.7 2.9 2.6
不锈钢 20 7.8 10.0 4.6
23.有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A,已知铜的密度=8.9×103kg/m3、摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,电子的电量e=1.6×10-19C。在这个问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子。
(1)求铜导线中自由电子定向移动的速率;(保留2位有效数字)
(2)由上述计算结果可知:自由电子靠定向移动通过一条1m长的导线需要很长时间。可是电灯开关闭合时,电灯瞬间就亮了,感觉不到延迟。如何解释这个现象?
24.在示波器的示波管中,当电子枪射出的电流达到6.4时,每秒内从电子枪发射的电子数目有多少 电流的方向如何 (已知e=1.60×10-19C)
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.B
【详解】
根据电流的定义式
故选B。
2.A
【详解】
AB.在电源的外部电路中,电流从正极流向负极,在电源的内部,电流从负极流向正极,电源正极电势高于负极电势,A正确,B错误;
C.电子带负电,电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反,C错误;
D.电容器充电时,电子流入负极板,所以电流从负极板流出,流入正极板,D错误。
故选A。
3.D
【详解】
A.电源的作用是使正极聚集正电荷,负极聚集负电荷,故A错误;
B.在电源外部,电流是从电源的正极流向负极,故B错误;
C.电路中有持续电流的条件是有电源和通路,有电源不一定有持续的电流,故C错误;
D.从能量转化的角度看,电源是将其它形式的能转化为电能的装置,故D正确。
故选D。
4.D
【详解】
在内通过横截面的总电荷量应为
所以电流
方向与河水的流动方向相反,即电流的方向为逆流而上,ABC错误,D正确。
故选D。
5.D
【详解】
要想产生持续的电流必须要满足两个条件,即有自由电子和有恒定的电压;
A.导体有能自由移动的电荷,不一定能形成电流,导体两端还要存在电压才产生电流。故A错误。
BD.导体两端有电压,则一定能形成电流,但若不是恒定电压,则不会形成持续电流;故B正确,D正确;
C.若物体是绝缘体,则有电压时也不会导电;故C错误;
故选D。
6.A
【详解】
A.根据I=nqvS可知,金属导体中自由电子定向移动速率增大时,电流变大,故A正确;
B.电流有方向,但其运算不符合平行四边形定则,故为标量,故B错误;
C.根据电流的定义可知,故电流大小取决于电量与时间的比值,电量多,但如果用时很长,则电流较小,故C错误;
D.电流的方向与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反,故D错误。
故选A。
7.B
【详解】
从图中可得当通过的电流为
时,加在两端的电压为
加在两端的电压为
则可得
ACD错误,B正确。
故选B。
8.A
【详解】
由单位关系可知面积容量
有
可得
所以
故A正确,BCD错误。
故选A。
9.B
【详解】
AB.由图可知,当电压为5V时,电流为0.2A,则可知,导体的电阻
故A正确,不符合题意,B错误,符合题意;
C.根据欧姆定律可知,当导体电压为10V时,由欧姆定律可知
故C正确,不符合题意;
D.当导体中的电流为0.1A时,导体两端电压为
故D正确,不符合题意。
故选B。
10.C
【详解】
A.此仪器不能测量干电池的电动势。A错误;
B.金属箔张开过程,金属箔片间的作用力为斥力,电场力做正功。B错误;
CD.此仪器与检测物体接触,如果检测物体带电,则金属箔片因接触而起电,同电相斥而张开。C正确,D错误。
故选C。
11.C
【详解】
A.导体中只有产生电荷的定向移动才能形成电流,A错误;
B.电流有方向,但其计算不能应用矢量法则,故电流是标量,B错误;
C.在国际单位制中,电流的单位是安培,符号为A,C正确;
D.只有导体其两端电势差不为零,才能形成电流,D错误。
故选C。
12.A
【详解】
当开关S断开时
当S闭合时
解得
故选A。
13.A
【详解】
A.干电池的电动势为9V,则正电荷通过该电池的过程中,非静电力做功9J,有的化学能转化为电能。故A正确;
B.干电池的电动势表征的是把其他形式能量转化为电能的本领大小,并不是该电池在单位时间内有的化学能转化为电能。故B错误;
C.干电池的内阻未知,无法确定电池短路时的输出电流。故 C错误;
D.将该电池接入电路后,电池两端电压为路端电压,如果外电路正常工作,则路端电压小于电动势。故D错误。
故选A。
14.D
【详解】
由题意,将各物理量的单位代入表达式有
故选D。
15.A
【详解】
设自由电子定向移动的速率为,导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t,对铜导体研究:每个铜原子可提供一个自由电子,则铜原子数目与自由电子的总数相等,即
t时间内通过导体截面的电荷量为
则电流强度为
解得
故选A。
16. 1.5 2
【详解】
[1]常用干电池不论型号大小,电动势约为1.5V;
[2]铅蓄电池电动势约为2V。
17. 正电荷 相反
【详解】
略
18. 与路径无关,只与初末位置有关 电动势
【详解】
[1]由公式可知,电场力做功的特点是与路径无关,只与初末位置有关,因此可以引入电势能;
[2]电动势是反映电源将其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。
19. 电压 电流
【详解】
略
20.0.3A≤IA≤0.45A
【详解】
外电阻的总电阻为
由欧姆定律为
由电流分配规律
解得
0.3A≤IA≤0.45A
21.(1)3.0×1016个;(2)8.0×10 5A
【详解】
解:(1)每分钟流经导线这一横截面积的电子数目为
(2)流经该导线的电流为
22.(1);(2)见解析;(3);(4)a.;b.
【详解】
(1)如图所示
(2)沿C(不锈钢)轨道的小车最先到达地面。强磁铁相对金属导体运动,由电磁感应定律和楞次定律可知,在金属中要产生感应电流(涡流),该感应电流将对强磁铁的小车产生阻力作用,小车将克服该阻力将部分机械能转化为电能。由于三辆小车最初的机械能相同,而这三种金属中铜的电阻率最小,在相同条件下铜轨道的电阻也最小,感应电流最大,阻碍最强,机械能转化为电能的功率最大,将最晚落到地面;而不锈钢轨道的电阻率最大,其感应电流最小,阻碍最弱,机械能转化为电能的功率最小,将最先落到地面。
(3)小车稳定(匀速)下落过程中,可认为减少的重力势能全部转化为铜轨道的热能,即
变形可得
(4)金属中电子定向移动的平均速度为
电流强度的微观表达式为
电子在自由程内加速,由动能定理
电子匀加速直线运动,则有
由欧姆定律可得
由电阻定律可得
联立解得
设自由程内总得电荷数为N,电场力做功功率等于克服阻力做功的功率,即
由题意可知
联立解得
23.(1);(2)见解析
【详解】
(1)设自由电子在导线内定向移动的速率为v,单位体积内自由电子数目n,对导线某截面,设Δt时间内通过导体截面的电量为Δq,由电流强度定义有
由题意,自由电子数目为
联立代入解得
v=7.5×10-5m/s
(2)闭合开关的瞬间,电路中的各个位置迅速建立了恒定电场,在恒定电场的作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动,整个电路也就几乎同时形成了电流,所以电灯瞬间就亮,感觉不到延迟。
24.(1)4×1013,与电子运动的方向相反
【详解】
由于电流
I=6.4μA=6.4×10-6A
所以电子枪每秒内发射出的电荷量
Q=It=6.4×10-6C
因为每个电子的电荷量为e,所以每秒发射的电子数目为
n==4×1013(个)
由于规定正电荷定向移动的方向是电流的方向,所以示波管内电流的方向与电子运动的方向相反
答案第1页,共2页
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